Bureau de modélisation des transferts dans l'environnement pour l'étude des conséquences des accidents (BMCA)

Les principales activités menées par le BMCA sont :

• Des activités de recherche et de développement en dispersion atmosphérique, qui se déclinent sur les plans suivants :
  • modélisation physique de la dispersion atmosphérique et du dépôt, développement de codes opérationnels de simulation de dispersion validés au regard de l’expérience
  • élaboration et implémentation de méthodes numériques portant en particulier sur la modélisation inverse des mesures de radioactivité dans l’environnement, et plus largement sur la quantification des incertitudes dans la chaine d’évaluation, leur représentation

• Des activités opérationnelles, qui se traduisent par :
  • le développement et le maintien en conditions opérationnelles de la Cellule d’évaluation des Conséquences Radiologiques (CCR) du Centre Technique de Crise (CTC) de l’IRSN : développement et maintenance de l’organisation, des méthodes d’évaluation des conséquences de rejets accidentels et des moyens opérationnels associés (documentation, bases de données, logiciels de calcul et de cartographie)
  • la formation et le maintien en compétences d’équipiers de crise, la collecte et le traitement du retour d’expérience des exercices et des situations réelles
  • la scénarisation et l’animation du volet environnement des exercices de crise

• Des activités d’études des conséquences radiologiques de rejets accidentels en soutien à l’élaboration des doctrines ou des méthodes d’évaluation opérationnelles ;

• Des activités d’expertise en matière de dispersion atmosphérique de rejets accidentels, en réponse aux sollicitations de l’Institut par les Autorités.

Compte-tenu de ses activités, le BMCA est en interaction avec plusieurs unités tant en interne au sein de l’IRSN qu’en externe, au niveau national, comme international.

Les activités de recherche et développement menées par le BMCA doivent permettre :

• d’améliorer la modélisation des phénomènes physiques en jeu dans la dispersion atmosphérique à différentes échelles ainsi que la formation des dépôts résultants, tout en préservant le caractère opérationnel des logiciels au regard de leurs finalités applicatives. Ces travaux doivent permettent à l’institut de disposer de modélisations à l’état de l’art et aptes à un usage dans les différents contextes : surveillance, expertise de dossiers, expertise en situation de crise 
• d’exploiter les mesures de radioactivité de différentes natures relevées dans l’environnement afin de disposer d’estimations en bon accord avec les observations 
• de quantifier les incertitudes associées à l’estimation de la dispersion atmosphérique pour différents contextes d’utilisation. Pour le contexte de crise, l’objectif est de mieux éclairer la prise de décision en matière de protection de l’environnement et de la population, ou d’aider à l’établissement de plans de mesure

Le BMCA applique les méthodes et outils développés dans le cadre de ses programmes de recherche pour satisfaire différentes finalités : fournir des éléments d’aide à la décision dans le cadre de réponses opérationnelles à des situations d’urgence et post-accidentelles, fournir des éléments utiles aux activités de surveillance de la radioactivité dans l’environnement, et contribuer, sur le thème de la dispersion atmosphérique, à des expertises de dossiers sur lesquels l’IRSN est saisi.
Les travaux de R&D du BMCA entrent en particulier dans l’objectif de préfigurer de nouvelles capacités opérationnelles de réponse de l’Institut en situation d’urgence ou post-accidentelle, et d’améliorer les capacités existantes.

Le premier axe de recherche porte sur la modélisation de la physique de la dispersion atmosphérique et des dépôts à différentes échelles :

A courte distance

• Le logiciel pX de l’IRSN, développé par le BMCA, permet de disposer d’une capacité de modélisation du transport atmosphérique à l’échelle locale (de quelques centaines de mètres à plusieurs dizaines de kilomètres), en utilisant des données météorologiques issues des modèles numériques de prévision du temps ou observées
• Dans le cadre d’un programme de R&D interne et en relation avec des partenaires nationaux, le BMCA contribue à l’établissement des capacités de modélisation de la dispersion en champ proche (à proximité du site de rejet, en deçà du kilomètre) pour les finalités applicatives de l’IRSN que sont les évaluations de conséquence en situation de crise ou entrant dans le cadre des expertises de dossiers

A longue distance

• L’atmosphère peut véhiculer des polluants radioactifs sur de longues distances. Le territoire métropolitain peut par exemple être sous les vents de particules de radioactives rejetées accidentellement depuis une installation à l’étranger, de particules remises en suspension dans l’air suite à des incendies dans la zone des principaux dépôts résultant de l’accident de Tchernobyl, de poussières sahariennes contaminées par les essais nucléaires historiques, etc
• Le logiciel LdX de l’IRSN, développé par le BMCA, permet de disposer d’une capacité de modélisation du transport atmosphérique à l’échelle régionale et continentale, en utilisant l’état de l’art des données météorologiques issues des modèles numériques de prévision du temps. LdX a démontré sa fiabilité lors des actions entreprises pour comparer ses résultats aux observations réalisées lors des cas accidentels réels (Fukushima, Tchernobyl,…), aux observations de radioactivité naturelle (radon), et lors d’intercomparaisons avec d’autres modèles de référence

Dépôt sec, dépôt humide

• Le terme « dépôt », désigne les processus de transfert des radionucléides de l’atmosphère vers les surfaces terrestres ou aquatiques. Le dépôt humide se produit lors de précipitations (pluie, neige…). C’est un mécanisme de transfert de la radioactivité de l’air vers le sol très efficace. Les zones les plus contaminées à la suite d’un accident nucléaire résultent de concomitances entre passage de panache et précipitations. Le dépôt sec a lieu par tout temps mais il est moins efficace que le dépôt humide. En l’absence de précipitations, c’est le dépôt sec qui régente la contamination des surfaces et des denrées agricoles
• Le BMCA implémente différentes modélisations du dépôt dans les logiciels de dispersion qu’il développe, et les valide au regard de l’expérience

En soutien à la recherche, le BMCA se charge de l’acquisition et du prétraitement de données météorologiques (données de modèles de prévision, données de réanalyse, données d’observation).

Le second axe de recherche porte sur le développement de méthodes numériques pouvant recourir aux techniques d’IA (émulation de modèles et machine learning, méthodes bayésiennes…) :

• Inversion des mesures de radioactivité dans l’environnement : Le BMCA conçoit, implémente dans ses outils logiciels, et améliore les méthodes et outils de modélisation inverse qui combinent les modèles de dispersion atmosphérique et les données de mesures de contamination qui sont relevées dans l’environnement dans le cadre de situations accidentelles ou dans le cadre de la surveillance de l’environnement, afin de caractériser les rejets qui en sont à l’origine et ainsi réduire les incertitudes associées aux évaluations de conséquences. En cas de détection anormale de radioactivité dans l’atmosphère, le BMCA met en œuvre les méthodes et outils développés afin de contribuer à la réponse de l’institut
• Quantification et représentation des incertitudes d’évaluation de la dispersion atmosphérique : le BMCA réalise des travaux de R&D sur la quantification des incertitudes inhérentes aux évaluations de dispersion atmosphérique, et impactant donc les estimations de conséquences de rejets dans l’atmosphère.
  Les prévisions météorologiques ainsi que les estimations de rejets, principales données d’entrée, sont entachées de nombreuses incertitudes. L’apport des prévisions d’ensemble pour la modélisation de la dispersion de radionucléides a été démontré au travers des travaux menés, il s’agira d’étendre cette approche d’ensemble aux autres sources d’incertitudes, incluant celles liées aux rejets, aux modèles de dispersion utilisés et à leurs paramètres. Le BMCA travaille sur des algorithmes de clustering pour adapter ces simulations d’ensemble à une prise de décision tenant compte des enjeux du territoire.

Au-delà des relations qu’il entretient avec des unités de recherche de l’institut et des laboratoires français partenaires, le BMCA participe à des projets nationaux ou internationaux, par exemple :

• au niveau international et européen : CONFIDENCE, RADONORM, ARC-F/FACE…
• au niveau national : PEPR IRiMA (dont le projet NaTech)…

Le BMCA s’appuie sur l’infrastructure informatique de l’IRSN et sur un parc de serveurs et de stations de calcul permettant :

• Le déploiement et la maintenance de bases de données géographiques
• L’acquisition de données météorologiques (issues d’observations et de modèles de prévision à différentes échelles et mises à disposition par différents fournisseurs) et leur prétraitement pour alimenter les experts et les outils de dispersion
• L’acquisition de données de mesures radiologique dans l’environnement
• L’exécution de calculs de dispersion de l’émission de radionucléides dans l’atmosphère à différentes échelles spatiales, et de calculs de conséquences radiologiques pour l’environnement et la population en résultant, pour des expositions en phases accidentelle et post-accidentelle
• L’exécution de méthodes inverses
• L’exécution de calculs d’ensemble
• Le post-traitement des résultats, notamment cartographique, le calcul d’indicateurs au regard des mesures de radioactivité disponibles

Le BMCA développe des bases de données géographiques et des outils logiciels opérationnels équipant le centre de crise de l’IRSN (dont C3X) et qui intègrent les codes scientifiques développés par la R&D du BMCA (dont pX, LdX) ou d’autres unités de l’Institut. Ces logiciels sont par ailleurs déclinés pour la réalisation d’études ou pour la scénarisation d’exercice de crise.

Les activités du BMCA s'inscrivent dans le cadre des programmes de recherches propres à l'IRSN ou réalisés en collaboration avec divers organismes, sur le plan national ou international

Le BMCA collabore régulièrement avec STAAR/LERTA qui réalise des campagnes de mesure de terrain de grandeurs de dispersion, données utiles à la validation des codes et méthodes d’évaluation développés par le BMCA. Le BMCA collabore avec SA2I/LIE dans le cadre du développement de méthodes et outils de dispersion sur le champ proche.

Le BMCA à interagit avec des instituts nationaux tels Météo France, l’INERIS, l’INRIA, avec des laboratoires français tels le CEREA, le LMFA, le LSCE.
Le BMCA contribue à la mise en place du PEPR IRiMA sur la gestion intégrée des risques, sur les thématiques des risques en milieu urbanisé et du NaTech.

Le BMCA entretient des relations avec des partenaires étrangers dans le cadre du montage ou de la réalisation de projets européens, dans le cadre de travaux d’intercomparaisons (CTBTO, SCJ…), dans le cadre de relations bilatérales ou multilatérales (IAEA, OECD/NEA). Les travaux du BMCA font régulièrement l’objet de communications dans les conférences internationales telles HARMO, EGU, NERIS,…

Lydia Baklouti
Thierry Doursout
Serge Dreuil
Jérôme Groell
Irène Korsakissok
Guillaume Macquet
Émilie Navarro, cheffe de bureau
Denis Quelo
Aurélie Quemener
Emmanuel Quentric
Arnaud Querel
Erwan Rondeaux
Matthieu Segar
Samuel Thomas
Songzhi Yang

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